高鐵場站大型跨線天橋快速轉位安裝施工關鍵技術分析

倪 信 （安徽富煌鋼構股份有限公司，安徽 合肥 238076）

1 前言

近年來，隨著大基建的蓬勃發(fā)展，高鐵站建設也從大中型城市向中小城市快速普及。在高鐵站房的設計建造中，獨立型跨線天橋因為施工快速、便捷，更多地出現在新一代高鐵站的建設中，但是也由此帶來了如何協調天橋施工過程和既有線的運輸等問題。這并不僅僅是簡單的施工技術問題，同時涉及到車務段運行節(jié)點協調、場站維護管理、突發(fā)情況應急預案等一系列問題，所以目前亟需一種快速安全可靠的施工方法。

2 工程概況及重難點分析

2.1 工程概況

溫州北站（永嘉站）位于浙江省溫州市永嘉縣。車站總建筑面積為57443.5 m2，其中站房總建筑面積為42200m2（含出站廳及設備、辦公、輔助用房面積2670m2，高鐵快運間建筑面積830m2），架空層出租車、社會車停車場面積4260m2，架空層商業(yè)面積1460m2，架空層外廊面積5060m2，旅客活動平臺落客區(qū)輕鋼玻璃雨棚面積1900m2，站臺層兩側外廊面積1410m2，高架候車層綜合管廊面積1153.5m2。站房±0.000 標高相當于絕對高程16.200m，水位高程為1.562～4.981m。

圖1 項目鳥瞰圖

站臺雨棚投影面積19983.5m2，規(guī)模為5 臺13 線，站中心里程站臺面絕對標高16.050m，與站房室內地面高差為0.150m，旅客進出站形式采用上進下出。其中450m×12m×1.25m 島式站臺四座，450m×9m×1.25m 側式站臺一座，新建12m、7m 寬進站天橋各一座，長度均為42m，12m 寬出站通廊一座。天橋主體為鋼桁架結構，通過盆式橡膠支座置于下部結構。桁架上下弦與斜腹桿均為焊接箱型鋼梁。桁架桿件截面主要有B800×400×25×30、B800×400×28×38、B400×400×16×16、B700×400×20×20、B1000×400×26×34、H350×200×6×8等。

圖2 天橋位置示意圖

2.2 施工重難點分析

本工程作為既有站房擴建項目，施工時存在人行天橋跨既有線施工，不適宜在既有線上部進行焊接等作業(yè)，且天橋整體重量較大，因此如何選擇一個合理的施工方式進行安裝是本工程一大難點。

由于天橋橫跨在既有線上部，不適宜在下部承軌層設立支撐架的形式進行分段吊裝，因此，選用1600T大型履帶吊主臂超起進行整段吊裝。優(yōu)點主要有基本不存在高空焊接，減少對既有線的影響；涉及（鄰近）營業(yè)線施工的內容少，安裝速度較快；占用天窗期次數少。

3 施工準備工作

3.1 吊裝計劃性準備

在既有線上實施吊裝作業(yè)需進行封鎖鐵路，鐵路封鎖級別根據施工作業(yè)內容和技術難度風險由鐵路有關部門制定，在給定的級別和封鎖時間段內安全、高效地完成吊裝施工。

本工程因涉及鄰近營業(yè)線施工，部分施工內容需申請?zhí)齑包c時間進行施工，因此需提前對該營運線路的天窗點時間進行調查。

因天橋吊裝施工全部涉及運營鐵路，項目部根據工程進度安排需提前45d 上報施工封鎖計劃，并根據路局批復的月度施工計劃，于施工前3d 將日施工計劃申請報路局主管業(yè)務處，計劃下達后提前一天進行確認。

與鐵路設備管理單位、行車組織單位簽訂安全協議。提前三天將作業(yè)計劃提報監(jiān)理、設備管理單位，監(jiān)理、設備管理單位安全監(jiān)督員到場后施工。

3.2 營業(yè)線吊裝前準備

①人員及組織準備

主要管理人員有項目經理、副經理、安全、技術等主要負責人，安全員、防護員及現場施工人員經營業(yè)線施工安全培訓并合格。

起重工、電工等特殊工種人員均持證上崗，已報監(jiān)理檢查合格；線路防護人員由正式職工擔任，并經培訓合格。

參與封鎖施工的作業(yè)人員已參加三級安全教育、電氣化安全教育，考試合格并備案。

②技術施工準備

對到達施工現場成型的構件進行尺寸復核，內容包括構建的長、寬、高、支腿中心距等，發(fā)現問題及時處理。進行高程及兩立柱中心間距尺寸復測，精確放出立柱與構件對位安裝中心線，并用油漆做出明顯的對位標志符號，在吊裝對位入號時能方便操作。

施工封鎖前一天，由封鎖施工總負責人向所有參與施工的人員進行交底總動員。每次封鎖前一天，由各組組長向該組作業(yè)人員就第二天封鎖的工作內容及安全注意事項進行交底。

③現場施工準備

吊裝場地清理平整，清除影響施工的障礙物，保證吊裝施工條件。進出場地用施工便道經過整平壓實滿足運輸要求?，F場地質條件比較復雜，需對履帶吊的吊裝就位場地進行處理，具體吊裝就位場地處理為水泥土攪拌樁地基+20cm 厚C30鋼筋混凝土（直徑12鋼筋、間距200mm、雙層雙向）+路基箱。頂面標高與既有站前路齊平或略高。

若需要吊裝位置周圍搭設落位觀測、焊接操作平臺，可采用梯籠或鋼管支架搭設，施工操作平臺面標高低于構件就位的位置2m。

④材料機具準備

1600t 履帶吊于天橋吊裝前15d 進場進行拼裝，主要包括主機卸車、履帶架卸車及組裝、車身配重卸車及組裝、轉臺配重與主臂底節(jié)安裝和超起重型主臂組裝及調試。

對所有吊裝用材料、機械設備進行全面檢查，各施工用具、小型機具及備用物品提前準備就緒。施工封鎖吊裝前一天，項目部重點對電源、吊機設備、鋼索、吊具等進行全面安全檢查，報監(jiān)理確認。

封鎖前2h 吊車進行試運轉并做起吊準備。

夜間施工吊裝，在鐵路兩側施工場地分別配備光線明亮的大面積照明燈具。安裝對位時可配備隨身攜帶的手電筒用于局部照明。

4 施工工藝技術分析

天橋尺寸為42m×12m×9m，重342.2t，吊車鎖具重26.0t，合計總重368.2t。采用1600t 履帶吊吊裝，主臂超起工況，吊裝半徑為35m，主臂長為102m，吊機額定起重量為443t＞368.2t（天橋總重），安全系數為1.20，滿足吊裝要求。

4.1 施工過程

4.1.1 天橋地面拼裝

鋪設拼裝胎架下墊板，放出主要構件中心線；擺放拼裝胎架；拼裝桁架上下主鋼梁，擺放校正好位置后進行對接焊接；補充安裝桁架上下主梁之間的直腹桿和斜腹桿，校正好后從中間向兩邊對稱焊接；安裝桁架上下主梁懸挑構件，驗收合格后進入下道工序；將拼裝好的桁架吊裝到拼裝平臺上，測設好位置后用鋼管臨時焊接在桁架上進行斜撐防止側翻；安裝中間橋面和屋面鋼構件；拆除鋼管支撐，補充安裝天橋兩端橋面和屋面鋼構件；安裝天橋屋面天溝龍骨；安裝天橋橋面樓層板和屋面板。

圖3 天橋地面拼裝示意圖

4.1.2 天橋試吊

天橋需要負載倒運至吊裝點，技術要求在鐵路正式封鎖施工吊裝前做一次試吊工作，以此來檢驗履帶吊、汽車吊的基礎沉降、卷揚機剎車性能、構件單元離地后的平衡度以及吊耳、索具是否安全可靠等。天橋試吊應模擬正式起吊工況進行，試吊前準備有以下6點注意事項。

吊裝前，將4 根鋼絲繩及卸扣預先懸掛在履帶吊錨鉤上。

復核支座中心距尺寸，與先前測量好的立柱實際中心尺寸做比較，明確兩者之間的誤差參數，做出調整方法。

吊裝對象擺放到地面胎架上時，擺放時應根據吊機起吊后的旋轉方向考慮，便于回轉吊裝。依照設計圖位置精確放樣，不得有誤。

起吊前在距端頭兩側2m 位置處預先用纜風繩栓緊，吊裝時用人力拉動纜風繩及時調整吊裝對象轉動方向。

試吊工作時將天橋離胎架1.5m 后停止起升，觀察平衡度及吊索下溜情況，再下降1m 停止，檢驗卷揚機制動性能。根據現場條件對履帶吊機進行重載模擬試吊，試吊完成后將構件放置在原地面臨時支墩上，等待封鎖命令開始。

如試吊過程中出現履帶吊機械預警警報，說明試吊出現問題，應立即停止試吊工作，查明原因，重新核算吊裝重物重量，檢查機械設備性能及相關儀器設備，待檢查排除因素后，另做試吊工作。試吊相關參數均在履帶吊設備儀器中顯示，及時記錄，必要時作相關調整，便于正式安全吊裝。

4.1.3 正式吊裝

1600t 履帶吊就位起吊，起吊高度高于胎架1.0m，靜止5min，觀測機械情況；履帶吊逆時針旋轉33.9°，將天橋周轉至預定位置；履帶吊空載行走7.7m 至預定位置并綁扎好吊鉤；1600t 履帶吊就位起吊，起吊高度高于胎架1.0m，靜止10min；吊裝半徑從31.2m 調整到30.0m；提升天橋高度35m，同時逆時針旋轉天橋使天橋與履帶吊大臂保持34°～54°夾角；逆時針旋轉履帶吊大臂90°，同時旋轉天橋使天橋與履帶吊大臂保持34°～54°夾角；履帶吊往南負載行駛11.7m 到預定的位置；1600t 履帶吊到預定的位置后，吊裝半徑從30m 調整到35m；大臂順時針旋轉11.6°，將天橋送達到預定位置；使用人工緩慢旋轉使天橋就位、固定、焊接；履帶吊松開吊鉤，卸載超起，退出30m 到拼裝場地，大臂趴下。

圖4 天橋轉位吊裝現場圖

4.2 施工控制措施

天橋拼裝時，根據主縱梁平面軸線位置，在拼裝胎架上畫出拼裝控制線。拼裝縱向鋼桁架時，提前復測天橋立柱及支座的平面位置及相對位置情況，進行簡單糾偏。拼裝桁架之間連梁時，通過測量復核縱梁兩端連梁連接位置對角線距離，輔助控制拼裝精度。

沿著縱向鋼梁對接拼裝，對接焊縫收縮變形對整個天橋長度會產生一定影響，第一個拼裝單元拼裝時，對焊前拼裝尺寸設置預調值，即對焊接位置距離放大5mm。焊接完成后，復測焊縫收縮對整個分段單元的影響，作為下次拼裝預調的依據。

吊裝天橋時，保障指揮信號清晰，采用纜風繩控制天橋旋轉方向，在天橋桁架底端兩側各綁扎一根纜風繩，起吊時人工利用纜風繩使天橋保持平穩(wěn)，再利用纜風繩緩慢牽引，擺正天橋方向。

就位時，提前在支座上設置臨時限位板，先對準一端支座位置，并用馬板臨時固定，再調節(jié)另一端與支座連接，確保天橋一次順利就位。

天橋安裝就位后及時進行對稱焊接，確保穩(wěn)定后方可松鉤。

圖5 限位板示意圖

5 有限元分析模擬

根據天橋預定吊裝施工方案，采用有限元模擬軟件Midas Gen針對幾個關鍵過程節(jié)點進行有限元分析，主要包括吊裝過程鋼絲繩受力分析和吊裝過程天橋自身應力應變分析，主要結果如下。

5.1 鋼絲繩受力分析

首先是吊點設計，一般采用4 點對稱形式；然后是鋼絲繩選擇，原則上是根據吊重和構件尺寸確定，查閱鋼絲繩標準規(guī)格表對照取用。經分析4 條鋼絲繩最大拉力1097.6kN，考慮8 倍安全系數，選用型號6×61-120 鋼絲繩。查表型號6×61-120 鋼絲繩最小破斷拉力為9070kN＞1097.6×8，鋼絲繩符合要求。

圖6 鋼絲繩受力分析

5.2 天橋應力應變分析

在吊裝工況下，需對鋼結構天橋桁架自身的應力應變水平進行分析。此時僅考慮天橋自身重力荷載，并考慮動力放大系數適當予以放大，同時忽略纜風繩的有利作用。經計算，天橋自身組合最大位移為8.3mm，天橋最大應力為58.8N/mm2，應力比為0.2，均不超過規(guī)范允許值。

圖7 天橋應力應變分析圖

6 結語

本次上跨杭深既有線的大型天橋快速轉位吊裝施工，克服了天橋吊裝過程中變形不均勻和提升過程中“卡桿”現象等難題，項目部前期精準計算吊點數量、位置，嚴格控制底面拼裝尺寸，反復重疊模擬天橋坐標，并通過“三維立體”模擬實際環(huán)境中旋轉時天橋與主臂的角度，最終一次性安全、準確、順利圓滿吊裝完成，實現了天橋鋼結構節(jié)段“一次吊裝到位、一次精準對接、一次驗收合格”的預定目標，對于同類大跨度鋼結構天橋的快速轉位施工具有一定的參考意義。